Ceramica ossidica
La ceramica ossidica è una forma speciale di ceramica ad alte prestazioni o tecnica. Appartiene al settore delle ceramiche tecniche. La produzione si basa sulla tecnologia delle polveri ceramiche e non sulla metallurgia classica. Le ceramiche ossidiche sono costituite da ossidi metallici altamente puri. La ceramica ossidica comprende ossidi puri, ossidi misti e fasi ossidiche stabilizzate e si caratterizza per l'elevata durezza, resistenza all'usura, resistenza chimica e stabilità termica.
I materiali di partenza tipici sono l'ossido di alluminio, l'ossido di zirconio, l'ossido di magnesio o l'ossido di ittrio. Queste polveri vengono macinate molto finemente. Successivamente vengono dosate con precisione e miscelate in modo omogeneo. Segue poi la formatura, ad esempio mediante pressatura o stampaggio a iniezione. La compattazione avviene mediante sinterizzazione a temperature molto elevate. Il risultato sono materiali densi, solidi e quasi privi di pori.
Le ceramiche ossidiche possono presentare strutture e proprietà diverse. Queste dipendono dalla composizione, dalla granulometria e dalla sinterizzazione. Dal punto di vista chimico, le ceramiche ossidiche sono in gran parte inerti. Reagiscono appena con acidi, alcali o solventi. Inoltre, sono elettricamente isolanti e resistenti alla temperatura.
Una caratteristica fondamentale è la loro elevata durezza, che supera nettamente quella dell'acciaio. A seconda del materiale, la durezza Vickers può essere molte volte superiore a quella dell'acciaio bonificato. Ciò rende le ceramiche ossidiche ideali come protezione contro l'usura.
Nella pratica vengono spesso applicate come rivestimento su componenti metallici. Ciò avviene, tra l'altro, mediante processi di spruzzatura termica. I processi tipici sono la spruzzatura al plasma, la spruzzatura a fiamma ad alta velocità o la spruzzatura con sistemi riempiti di polvere o filo. Ciò crea uno strato ceramico saldamente aderente al materiale di base.
Se la ceramica a base di ossido viene utilizzata come protezione dell'albero, è necessaria una lavorazione successiva. La superficie rivestita viene levigata e lappata in modo microfine. In questo modo si ottengono superfici estremamente lisce e molto precise dal punto di vista dimensionale. Queste sono spesso lucide come uno specchio. Dal punto di vista estetico, spesso sono difficilmente distinguibili dal substrato metallico. Grazie alla sua durezza, resistenza all'usura e resistenza chimica, la ceramica ossidica è un materiale fondamentale nella costruzione di macchine e impianti. Viene spesso utilizzata dove sono richiesti lunghi tempi di servizio e bassa contaminazione.
1. Densità e densità relativa
La densità raggiunta è determinante per la resistenza e la resistenza all'usura.
Densità apparente:
ρ = m / V
- ρ = densità
- m = massa
- V = volume
Densità relativa:
ρrel = ρteorica /ρmisurata
In pratica, i valori superiori al 98 % sono considerati sinterizzati di alta qualità.
2. Durezza (durezza Vickers)
Molto rilevante per i rivestimenti antiusura.
HV = 1,854 ⋅ F/d2
- HV = durezza Vickers
- F = forza di prova
- d = diagonale media dell'impronta
Valori tipici:
- ossido di alluminio: 1.500–2.200 HV
- acciaio: 200–800 HV
3. Resistenza alla flessione (prova di flessione a 3 punti)
Importante per materiali fragili come le ceramiche.
σB = 3FL/(2bh2)
- σB = resistenza alla flessione
- F = forza di rottura
- L = campata
- b = larghezza del campione
- h = spessore del campione
Le ceramiche di ossido hanno tipicamente valori compresi tra 300 e 1.000 MPa.
4. Dilatazione termica
Importante per i rivestimenti ceramici su metallo.
ΔL = α⋅L0⋅ ΔT
- α = coefficiente di dilatazione termica lineare
- L0 = lunghezza iniziale
- ΔT = variazione di temperatura
Valori tipici:
ossido di alluminio: ~8 · 10⁻⁶ /K
acciaio: ~12 · 10⁻⁶ /K
→ spiega le tensioni termiche alle interfacce.